探地雷達二維物理模型試驗研究

余 聰

（成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院，四川 成都 610000）

1 探地雷達的基本原理

探地雷達在工作的時候主要是使用天線對頻率超高的短脈沖電磁波進行發(fā)射，并且使用天線中帶有的接受裝置來實現(xiàn)對介質(zhì)界面的反射波進行接收。再通過數(shù)據(jù)的傳輸，使用探地雷達的主機來將接收到的相關信號顯示出來。一般電磁波在介質(zhì)中傳輸?shù)臅r候，由于介電常數(shù)的不同，介質(zhì)的幾何形態(tài)、性質(zhì)將會對電磁波的傳播路徑、磁場強度、傳輸?shù)牟ㄐ蔚犬a(chǎn)生一定的影響。根據(jù)該影響，分析電磁波的接收時間、電磁波的幅度大小、波形等來實現(xiàn)對介質(zhì)的相關性質(zhì)、結(jié)構(gòu)進行分析[1]。

采用探地雷達進行探測，具有對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生損壞、探測速度快等特點。探地雷達法在國內(nèi)外隧道襯砌檢測中得到了廣泛的應用，但由于隧道結(jié)構(gòu)復雜，混凝土結(jié)構(gòu)表面的不平整及惡劣施工環(huán)境的干擾，使探地雷達數(shù)據(jù)處理難度加大。為了使探地雷達法提供出準確清晰的圖像，以便做出科學解釋，探測到的原始數(shù)據(jù)須經(jīng)過有效的處理[2]。

2 模型設計與制作

由于電磁波在模型邊界處會形成較強的反射信號，干擾對模型中病害信號的識讀與判定，因此需要考慮邊界對探測結(jié)果的影響，適當增大模型與空洞大小的比例[3]～[4]。設計病害為各邊長均為300mm 的正方體，試塊為1200mm×1200mm×700mm。空洞由膠合板制作而成，在模型中倒放。模型用C30 混泥土澆筑而成，砂采用細沙，石子采用米石，水泥標號為32.5R。配合比為1m3中水泥、砂、石子、水的比例為300：680：1260：160(單位均為KG)。為了更好的控制病害的位置與防止因大體積混凝土澆筑產(chǎn)生裂縫，澆筑采用分層澆筑。

3 探地雷達探測及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)電磁波的特性，頻率越高的電磁波波長越短，在目標體的傳播過程中能量消減快，而較低頻率的電磁波波長在探測物中傳播被吸收慢。探測采用GSSI 公司生產(chǎn)的SIR3000型探地雷達進行探測，該探地雷達具有攜帶方便、接口連接穩(wěn)固，中文操作，界面設計人性化，探測剖面顏色多，主機存儲空間大，發(fā)射和接收為同一天線等特點。此外，雷達還配了相應的信息處理軟件radan7，該軟件中文操作，增益、濾波、置零等功能較齊全，可以有效的對具有干擾信號的數(shù)據(jù)進行處理。

圖3 是對模型垂直于空洞棱線方向，靠近中部的探測圖，距離模型邊52.5cm。在空洞剖面上部為倒置的“V”型，電磁波在混凝土中傳播，當遇到空洞邊緣時，由于介電常數(shù)的改變，在該處電磁波將發(fā)生反射和折射。根據(jù)電磁波傳播的距離，可以推斷在倒置的“V”型由于傳播時間的不同，最終在雷達主機上面顯示的圖形也是接近于倒置的“V”型。從圖3 看到呈現(xiàn)出的“白-黑-白”相隔的倒置“V”形狀，對比分析的結(jié)果，該圖形直觀反映出了空洞菱形上部分剖面的形狀。

從上圖還可以看到，水平向存在許多條黑、白相間的橫條。造成該橫條的原因有很多，如設備自身噪音，天線與目標體有間隙以及周圍環(huán)境的影響等因素，都可能出現(xiàn)許多的干擾波，影響病害的判定。運用Radan7 軟件進行濾波，主要采用FIR濾波，去除水平噪音，濾波后圖像見圖4 所示。對比上圖，圖4 分辨率提高很多，水平干擾已經(jīng)全部清除，剩下有用的病害信號。

5 結(jié)語

本文介紹了探地雷達物理模型試驗方法及采用radan7 進行信號處理及精細化的病害分析。通過制作空洞病害進行探測試驗，選用900MHZ 高頻率天線進行了信號的采集，對采集的信號數(shù)據(jù)進行了詳細的分析，通過該方法有效的檢測到了混凝土中的病害，并且能夠?qū)υ摬『Φ男螤睢⑽恢眠M行精細化的掌握。同時采用了置零、濾波等方法，對信號進行了處理，讓有效的信號得以凸顯，去除掉干擾信號。